鹰手营子矿区亨达矿山潘家沟采空区基于数值模拟的场地稳定性评价

荆江帅

（河北省地矿局第四水文工程地质大队，河北 沧州 061000）

亨达矿山潘家沟是规划建设用地范围，经过几十年的地下开采，该区已经成为遗留的采空区，因采空区的规模、形态、深度等不尽相同，采用数值计算法模拟实际采空区的状态，进行地表移动变形分析和稳定性定量评价。

1 材料模型

将本区的岩土类型分为：第四系松散覆盖层、矿层、4层顶板、冒裂带、6层顶板和底部围岩6类。采用摩尔－库仑模型材料模型进行计算，计算时根据所处位置和界面特性，采用界面处理技术模拟了不同界面的力学性质，能够较好地反映实际情况。

2 参数选取

岩土体参数主要是本次试验结果，见表1，参考经验值进行对比选取的。

表1 模拟计算采用的不同位置参数的取值

3 定解条件

（1）边界条件。变形问题存在两种边界条件：给定位移和外界指定力。模型上部延伸至地表，认为位移不受约束，故给定为自由边界。模型两侧竖直的边界为滑动约束边界。滑动约束边界的水平位移受约束，垂直位移不受约束，水平位移为零。模型底部为完全固定约束边界，水平位移和垂直位移都受约束，水平位移和垂直位移都等于零。

（2）初始条件。本次计算之前，首先设定模型的初始条件。主要设定模型的初始应力状态，由于上部开采区没有见地下水，因此不用考虑地下水的影响。

（3）本次剖面选择。本次在工作区内选取第11剖面作为评价计算剖面，命名为Ⅰ－Ⅰ剖面。

4 计算结果及其分析

Ⅰ-Ⅰ剖面线穿过勘查评价区中部偏东部位。采空区埋深在25m～100m范围内，采空区剖面线上的水平宽度约66m。计算模型剖面方向控制范围为337.8m，控制深度为-231.3m，上部边界为地表。采空区岩体内部、上部有效应力分布不均匀，采空区上部地表附近、巷道出现明显的应力集中。拉张破坏点主要位于采空区及巷道周围，破坏点向左部移动，冒落带范围扩大，岩土体基本都被破坏，冒落带内部出现摩尔库仑破坏点。水平位移最大值达到102.27mm，自北向南移动，在采空区垂直上部的地表处位移最大，而采空区的出现反向位移，说明采空区内部的岩土体向采空区方向移动。在建筑工况下，采空区上部剩余沉降量较大，采空区、冒落带、裂隙带存在大量破坏点，摩尔库仑破坏点分布范围增大，建筑地基位移增大，局部应力集中出现，处于不稳定状态。

5 稳定性评价

（1）评价依据和方法。评价方法：首先计算出剖面上不同点的下沉值、倾斜值、水平变形值和曲率值的数值，然后将数据投影到评价区的平面图上，采用内插法在评价区内绘出各指标的等值线图，根据表2对评价区进行评价。

图1 下沉值、倾斜值、水平变形值和曲率值的分布图

除了下沉值(W)通过剖面计算获得，倾斜值、水平变形值和曲率值采用如下计算公式进行计算。

表2 按照上述计算数值确定的场地稳定性等级评价表

评价原则：采用最坏指标法，只要有1个达到不稳定，即认为该处不稳定。

（2）评价区不同指标等值线。在建筑工况下，下沉值、倾斜值、水平变形值和曲率值的分布，如图1所示。

（3）评价结果。通过综合对比，在工作区内圈定稳定区、基本稳定区和不稳定区，见图2。

图2 稳定性评价图